Principio di funzionamento di una caldaia a gas a doppio circuito e caratteristiche del suo collegamento

Tutte le questioni relative all'organizzazione del riscaldamento autonomo e della preparazione dell'acqua calda vengono risolte acquistando una sola caldaia in grado di servire entrambi i sistemi. Senza conoscere il principio di funzionamento della caldaia a gas a doppio circuito per riscaldamento, sarebbe illogico non solo effettuare l'acquisto, ma anche utilizzare l'apparecchio. È d'accordo?

Le racconteremo lo schema di funzionamento dell'apparecchio di riscaldamento, esamineremo tutti i suoi punti deboli e forti. Comprendendo il funzionamento di base dell'apparecchiatura, è possibile usufruire facilmente di tutti i suoi vantaggi. E in caso di necessità, sarà possibile individuare tempestivamente i guasti nel funzionamento, comprendere ed eliminare le cause della loro origine.

Dispositivo della caldaia per il servizio di due circuiti

Il generatore di calore a gas a doppio circuito si differenzia dall'analogo a circuito singolo per il fatto che, al posto di un singolo scambiatore di calore, ne ha due, denominati nella terminologia tecnica primario e secondario.

Il primo, cioè lo scambiatore di calore primario, è situato direttamente nella zona di combustione della fiamma. Il suo compito è riscaldare il fluido termovettore per il funzionamento della rete di riscaldamento. Lo scambiatore di calore secondario è responsabile del funzionamento dell'acqua calda sanitaria.

Il funzionamento stabile dell'apparecchio di riscaldamento è possibile grazie al lavoro coordinato di tutti i suoi componenti. Le informazioni sui principali nodi funzionali aiuteranno a comprendere il principio di funzionamento dell'apparecchiatura.

La struttura di qualsiasi apparecchio a doppio circuito include i seguenti elementi standard:

• Camera di combustione con blocco bruciatore;
• Scambiatori di calore;
• Dispositivi di controllo e protezione dell'apparecchiatura.

Per comprendere le peculiarità della struttura delle caldaie a gas di tipo a doppio circuito, ci soffermeremo in dettaglio su ciascuno dei suoi elementi costruttivi.

Tipi di bruciatori a gas per caldaie a doppio circuito

Il bruciatore della caldaia a gas è responsabile dell'ottenimento di un volume sufficiente di calore necessario per il funzionamento del riscaldamento e del circuito di fornitura dell'acqua calda. L'energia termica si ottiene bruciando il combustibile. Il bruciatore viene posizionato nella camera di combustione, nella quale oltre al gas viene immessa aria. Questa è necessaria per il processo di combustione.

A seconda delle modalità operative, i bruciatori possono essere classificati secondo i seguenti tipi:

• Bruciatore a un livello. Un apparecchio con un tale bruciatore può funzionare solo in due modalità: 'Stop' e 'Avvio'. Caldaie simili, nonostante la bassa efficienza e la ridotta durata operativa, sono popolari grazie alla semplicità costruttiva e al basso costo.
• Bruciatore a due livelli. Un apparecchio di riscaldamento con tale bruciatore può funzionare a piena e mezza potenza. I suoi vantaggi sono evidenti durante la stagione calda, quando per riscaldare acqua non troppo fredda non è necessario utilizzare l'apparecchio a piena potenza.
• Bruciatore modulante. Il sistema intelligente della caldaia con tale bruciatore consente di impostare e regolare la potenza. Questa caldaia è caratterizzata da lunga durata e risparmio energetico, ma costa anche un ordine di grandezza superiore rispetto agli apparecchi con bruciatori a uno o due livelli.

I bruciatori si dividono in modelli aperti e chiusi. Con un bruciatore aperto, l'aria necessaria per la combustione del combustibile proviene direttamente dall'ambiente in cui si trova la caldaia. Per lo scarico dei prodotti della combustione è necessaria una canna fumaria che garantisca un sufficiente tiraggio naturale.

Gli apparecchi di riscaldamento atmosferici sono solitamente dotati di un normale tubo metallico, mentre quelli turbinati – di una canna fumaria coassiale. A seconda delle condizioni tecniche del locale, il condotto fumario viene installato verticalmente o inclinato. Le varianti angolari vengono fatte uscire attraverso la parete verso l'esterno o collegate a un condotto fumario comune.

Il bruciatore a gas è l'elemento principale di una caldaia a gas a doppio circuito, è responsabile della combustione del combustibile e della produzione di energia termica nella quantità necessaria.

Le caldaie turbinate sono dotate di camere di combustione chiuse, in cui l'aria non può entrare spontaneamente. Sono più sicure e affidabili nell'uso, ma più costose e complesse nel funzionamento. Le caldaie con bruciatori chiusi, oltre al camino di scarico, necessitano di un canale attraverso il quale l'ossigeno necessario per la combustione viene introdotto nella camera.

Per questo motivo, le caldaie turbo sono dotate di tubi coassiali, poiché oltre all'evacuazione dei fumi, aspirano anche dall'esterno un flusso d'aria fresca. Talvolta, per il funzionamento corretto, alla camera di combustione chiusa vengono collegati due condotti coassiali. Inoltre, l'intera struttura è completata da un tubo per l'alimentazione dell'aria.

Tutti questi modelli di caldaie sono dotati di ventilatori che assicurano il movimento del fumo, sistemi di protezione multilivello e automazione. Per il funzionamento dei suddetti dispositivi e sistemi è necessaria l'elettricità. Il loro svantaggio è considerato la dipendenza energetica, che aumenta i costi operativi.

Varietà di scambiatori di calore per apparecchi a gas

Se il bruciatore viene utilizzato per bruciare il combustibile al fine di ottenere calore, lo scambiatore di calore garantisce l'acquisizione di questo calore per la successiva trasmissione all'acqua. Come già accennato, nella struttura di una caldaia a doppio circuito sono presenti uno scambiatore di calore primario e uno secondario.

Lo scambiatore di calore primario si trova direttamente sopra il bruciatore ed è costituito da un tubo alettato, curvato a forma di serpentina. Sotto l'azione della fiamma, l'acqua nello scambiatore si riscalda e si muove attraverso la valvola a tre vie fino alla diramazione dell'impianto di riscaldamento.

Lo scambiatore di calore secondario è costituito da un sistema di piastre ondulate assemblate in un unico blocco con due coppie di fori. Ogni coppia di fori ha una propria funzione.

Attraverso una delle coppie scorre l'acqua della rete idrica, mentre attraverso l'altra passa il fluido termovettore che entra nel circuito di riscaldamento. Questo sistema composto da uno scambiatore a piastre e uno a tubi è chiamato doppio.

Lo scambiatore primario e quello secondario sono combinati in un unico sistema, il cui corretto funzionamento è garantito da una speciale valvola a tre vie.

Esistono dispositivi di riscaldamento in cui, invece del sistema doppio, viene utilizzato uno scambiatore di calore bitermico di configurazione complessa. Tale scambiatore è realizzato in rame ed è costituito da una coppia di tubi, uno dentro l'altro. Nel tubo esterno scorre il fluido termovettore, mentre in quello interno scorre l'acqua per l'acqua calda sanitaria (ACS).

Lo scambiatore di calore bitermico per il riscaldamento del fluido termovettore e dell'acqua ha una configurazione complessa, in cui il tubo di un circuito è inserito nel tubo dell'altro circuito.

Le caldaie con scambiatore bitermico sono più complesse da utilizzare, poiché entrambi gli scambiatori sono racchiusi in un unico blocco, il che rende difficile la rimozione del calcare. Tuttavia, questi dispositivi di riscaldamento sono richiesti perché si distinguono per le dimensioni ridotte e l'elevata velocità di riscaldamento dell'acqua.

Automatismo o unità di controllo della caldaia

L'automazione della caldaia garantisce un funzionamento sicuro e stabile. Controlla la temperatura dell'acqua nei componenti dell'ACS, mantiene la temperatura del fluido termovettore nelle linee di riscaldamento. L'automazione di una caldaia a gas non consente il funzionamento dell'apparecchio di riscaldamento in caso di situazioni pericolose.

L'unità interrompe il funzionamento o non si accende nei seguenti casi:

• Pressione ridotta nel sistema del gas;
• Assenza di tiraggio;
• Assenza o surriscaldamento critico del fluido termovettore.

L'unità di controllo, che supervisiona il funzionamento dei dispositivi di protezione e dell'automazione del processo, è composta da un insieme di interruttori, microchip o una loro combinazione. Oltre a garantire la sicurezza e il controllo della temperatura, monitora il funzionamento della pompa di circolazione e del ventilatore.

Le moderne caldaie a gas sono caratterizzate dalla presenza di un controllo intelligente, il cui software include varie modalità operative.

Principio di funzionamento e specificità

Molti proprietari di apparecchiature a gas non pensano nemmeno a come funzioni realmente una caldaia a gas a doppio circuito. Credono erroneamente che il riscaldamento dell'acqua e del circuito di riscaldamento avvengano contemporaneamente. In realtà, le cose non sono così rosee.

Una caldaia a gas a doppio circuito non può funzionare contemporaneamente in due modalità, garantendo il funzionamento dei sistemi di riscaldamento e di produzione di acqua calda sanitaria. Ciò è confermato dalla presenza della valvola a tre vie nel suo dispositivo.

In modalità normale, la caldaia funziona costantemente solo per riscaldare il fluido termovettore che circola nell'impianto. La frequenza di accensione e l'intensità della fiamma sono controllate da un sensore di temperatura. Contemporaneamente al bruciatore, viene avviata anche la pompa di circolazione, se il funzionamento dell'impianto di riscaldamento non si basa sulla circolazione naturale del fluido termovettore.

Lo spazio nella parte inferiore della caldaia murale è destinato all'allacciamento del gas, all'ingresso dell'acqua fredda e alle uscite del circuito di acqua calda sanitaria e del circuito di riscaldamento.

In sostanza, quando la temperatura del fluido termovettore raggiunge il valore impostato, il sensore invia un segnale per ridurre l'attività del bruciatore. Fino a quando la temperatura non scende al valore impostato, la caldaia rimane in modalità passiva. Successivamente, il sensore invia un comando all'automazione per attivare la valvola di alimentazione del combustibile.

Schema di funzionamento della caldaia a doppio circuito

La presenza del sistema ACS complica leggermente lo schema di funzionamento di una caldaia a gas a doppio circuito. Il fluido termovettore riscaldato dal bruciatore, muovendosi attraverso lo scambiatore, assicura il riscaldamento dello scambiatore a piastre, nel quale scorre l'acqua proveniente dall'acquedotto.

Schema costruttivo di una caldaia a gas a doppio circuito con scambiatore bitermico e due scambiatori normali. Nella prima variante non è necessario utilizzare due scambiatori di calore.

L'uso simultaneo del modello a doppio circuito in modalità riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria non è possibile. Quando si apre il rubinetto dell'acqua calda sanitaria, grazie alla valvola termostatica a tre vie, la circolazione del fluido termovettore nei circuiti di riscaldamento viene interrotta. La caldaia passa alla modalità di circolazione dell'acqua attraverso il circuito con lo scambiatore a piastre, che riscalda l'acqua per uso domestico.

In caso di consumo elevato di acqua calda per un periodo prolungato, il funzionamento della caldaia orientata al riscaldamento può essere paralizzato. Il problema può essere risolto in due modi: prevedere l'installazione di un apparecchio di riscaldamento più potente oppure includere nello schema dell'impianto un bollitore a riscaldamento indiretto.

Con un uso attivo del sistema ACS, è possibile installare una caldaia a doppio circuito con bollitore incorporato. In questo caso, il consumo di combustibile aumenta leggermente poiché durante la pausa tra i cicli di funzionamento dell'impianto di riscaldamento, l'energia del bruciatore viene utilizzata per mantenere la temperatura dell'acqua in un ulteriore riscaldatore d'acqua a gas.

Una certa riserva di acqua calda nel boiler integrato consente di utilizzare il sistema di acqua calda sanitaria senza disattivare il circuito di riscaldamento. Di conseguenza, entrambi i sistemi funzionano alternativamente, senza il rischio di surriscaldamento del liquido, prolungando la vita dello scambiatore di calore.

La caldaia con boiler integrato non solo garantisce una sufficiente riserva di acqua calda, ma aiuta anche a evitare la disattivazione prolungata del circuito di riscaldamento

Il boiler integrato consente di ottenere in qualsiasi momento acqua calda alla temperatura desiderata, la cui riserva è garantita automaticamente. Mentre un sistema di acqua calda sanitaria a flusso continuo richiede alcuni minuti per riscaldare l'acqua alla temperatura richiesta.

Tipi di costruzione delle caldaie a gas a due circuiti

Le caratteristiche di funzionamento delle apparecchiature a gas sono in gran parte determinate dalla tipologia dell'apparecchio di riscaldamento. Le caldaie moderne sono prodotte in due fattori di forma: da pavimento e da parete.

Quando si sceglie la tipologia, bisogna considerare le dimensioni dell'area da riscaldare e l'intensità di utilizzo del sistema di acqua calda sanitaria. È importante notare che le caldaie a parete sono più compatte, ma hanno una potenza molto inferiore.

La caldaia a gas a parete a doppio circuito si distingue per le dimensioni compatte e il design moderno, ma è efficace solo per il riscaldamento di ambienti di piccole dimensioni con un consumo moderato di acqua calda

La scelta di una caldaia murale a doppio circuito può essere giustificata se la superficie riscaldata non supera i 200 m² e la portata totale del sistema ACS non è superiore a 14 l/min.

Le dimensioni ridotte della caldaia a parete, sebbene possano sembrare un vantaggio, in realtà nascondono molti svantaggi. La compattezza è ottenuta utilizzando tubi più sottili nello scambiatore di calore. Oltre ad avere una durata di vita più breve, c'è il rischio di intasamenti.

Nei modelli da pavimento vengono utilizzati scambiatori di calore in ghisa più massicci e affidabili. Ciò non solo aumenta l'affidabilità dell'apparecchio di riscaldamento, ma ne prolunga anche la durata.

Vantaggi e svantaggi degli apparecchi a doppio circuito

I vantaggi dell'unità di riscaldamento a doppio circuito sono i seguenti:

• Consumo di carburante economico. Il punto di riferimento per il confronto è l'uso di una caldaia a doppio circuito o di una a singolo circuito con boiler a riscaldamento indiretto.
• Dimensioni compatte. La maggior parte delle caldaie a doppio circuito sono modelli da parete. Possono essere facilmente installati sia in locali di servizio che in cucine di piccole dimensioni.
• Versatilità. Non è necessario acquistare attrezzature aggiuntive né preoccuparsi della compatibilità con la caldaia.

In un unico apparecchio sono già efficacemente integrati in un sistema automatizzato uno scaldabagno a flusso continuo, un apparecchio di riscaldamento e una pompa di circolazione.

Ovviamente, oltre ai vantaggi, ci sono anche alcuni svantaggi:

• Impossibilità di funzionamento simultaneo del riscaldamento e del circuito ACS. Di conseguenza, un consumo significativo di acqua calda può causare una diminuzione della temperatura in casa.
• Limitazioni di potenza dei modelli murali. Le caldaie murali compatte, a causa delle dimensioni ridotte del bruciatore, non sono in grado di garantire il regime termico richiesto con la massima pressione. Questo inconveniente si verifica quando i punti di prelievo dell'acqua sono situati in posizione remota.
• Sensibilità alla qualità dell'acqua. Lo scambiatore di calore secondario a piastre è esigente riguardo alla qualità dell'acqua consumata. La presenza di impurità richiede l'utilizzo di prodotti per ridurne la durezza e la pulizia del fluido termovettore.

Un altro criterio di valutazione di una caldaia a doppio circuito è il suo costo. Il prezzo di un generatore di calore a doppio circuito è superiore a quello di un modello a singolo circuito.

Tuttavia, se si considera la presenza del sistema ACS e le soluzioni per il caso di installazione di una caldaia a singolo circuito, includendo nello schema di montaggio un bollitore ad accumulo a riscaldamento indiretto, il prezzo di una caldaia a doppio circuito risulterà inferiore.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il seguente video illustra i componenti strutturali e il principio di funzionamento delle apparecchiature di riscaldamento a gas:

L'autore del video presenta il collegamento idraulico di una caldaia a gas a doppio circuito:

Una conoscenza approfondita delle caratteristiche e del principio di funzionamento delle caldaie a gas a doppio circuito consente di individuare i vantaggi del loro utilizzo. L'acquisto di tali generatori di calore permette di risparmiare sull'acquisto di apparecchiature aggiuntive necessarie per organizzare il sistema ACS.

In caso di guasto di uno dei circuiti, è possibile utilizzare l'altro, e la sostituzione del circuito è sempre più economica della riparazione di un apparecchio di riscaldamento separato. La caldaia a doppio circuito può essere utilizzata anche durante la stagione calda, funzionando solo in modalità di riscaldamento dell'acqua per uso domestico, da cui la comodità e l'economicità rispetto all'acquisto di unità separate.

Raccontateci come avete scelto una caldaia a gas a doppio circuito per la vostra casa/appartamento/villa. Qual è stato il criterio decisivo per voi? Condividete, per favore, informazioni utili sull'argomento, foto nel blocco sottostante, e fate domande.